1 染整電力傳動的一般要求
1.1 交流變頻電機(jī)傳動解決染整多單元傳動的“開車難”
染整電力傳動具有以下特點：單元多，工藝設(shè)備流程長；導(dǎo)布輥多，織物在機(jī)經(jīng)向摩擦阻力矩大；電動機(jī)裝機(jī)容量相差大(例如:高速直輥布鋏絲光機(jī)中，兩臺軋堿重型軋車分別為13kW和17kW，布鋏拉幅傳動高達(dá)40kW，而平洗兩輥小軋車僅2.2kW)。這些特點將影響到各單元動態(tài)速度協(xié)調(diào)，加上織物在機(jī)的牽伸、收縮，使速度協(xié)調(diào)難度進(jìn)一步加大。
“低速同步難”、“導(dǎo)布速太高”、“松緊架容易越位”是直流共電源調(diào)磁傳動時經(jīng)常碰到的難題，但用交流變頻調(diào)速更新傳動系統(tǒng)后，這些難題已不存在。目前，應(yīng)用計算機(jī)控制交流變頻調(diào)速跟隨系統(tǒng)，將控制系統(tǒng)引人現(xiàn)場總線技術(shù)，使染整多單元速度協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠和智能化。
1.2 染整電力傳動的“有差調(diào)節(jié)”與“同步傳動”
染整多單元聯(lián)合機(jī)極大多數(shù)是平幅緊式工藝流程，導(dǎo)布路徑少則幾十米，多則幾百、上千米?？椢镌谶\(yùn)行過程中，要克服眾多導(dǎo)布輥的摩擦阻力矩及擺式松緊架的初始張力牽伸；工藝過程的堆置、堿縮，導(dǎo)致反應(yīng)區(qū)段前、后單元機(jī)的線速度不等。因此，將其稱之為“恒線速度”是不妥的。兩相鄰單元間，進(jìn)布單元跟隨出布單元的線速度，保持線速度有差調(diào)節(jié)，兩單元間的線速度則因工作情況不同而異。
染整多單元聯(lián)合機(jī)傳動控制從屬多單元速度協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，亦是一種隨動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)兩單元間的線速度依靠速差變送器測控，達(dá)到“有差調(diào)節(jié)”，協(xié)調(diào)運(yùn)行。
“同步”是指兩個或幾個現(xiàn)象在時間上的協(xié)調(diào)性。因此，同步傳動控制不僅要求各單元機(jī)靜態(tài)線速度在單位時間內(nèi)皆相等，而且要求動態(tài)速率亦相同，即過渡過程(升、降速，啟、制動)相同。而染整設(shè)備目前單元間的動態(tài)速率是不可控的，動態(tài)兩單元間會發(fā)生出布、進(jìn)布即時速度不等的現(xiàn)象。
1.3 染整聯(lián)合機(jī)對電力傳動控制系統(tǒng)的一般要求：
(1)織物通過單機(jī)或聯(lián)合機(jī)的線速度可調(diào)范圍1:10，平穩(wěn)無級調(diào)速。
(2)在多單元速度協(xié)調(diào)傳動系統(tǒng)中，兩相鄰單元間的線速度快速跟隨、微差調(diào)節(jié)；織物堆置收縮或牽伸、超喂應(yīng)達(dá)到穩(wěn)速比例調(diào)節(jié)。(3)在位置控制傳動中，應(yīng)能高精度地實施穩(wěn)態(tài)速度同步跟隨，動態(tài)過渡過程快捷的速率應(yīng)變控制，單元間“飛升曲線”一致性(如印花獨立圓網(wǎng)傳動)。
(4)在退卷、收卷、探邊上鋏，穩(wěn)速牽伸等傳動中，系統(tǒng)傳動的電動機(jī)應(yīng)有四象限運(yùn)行的優(yōu)良品質(zhì)。
(5)調(diào)速控制與張力控制的互補(bǔ)性。
(6)傳動系統(tǒng)設(shè)有平穩(wěn)起、制動，加、減速度的速率可調(diào)環(huán)節(jié)。
2 染整電力傳動控制系統(tǒng)
染整生產(chǎn)機(jī)械，是由多個分部(單元)組成的聯(lián)合機(jī)。各單元之間的運(yùn)行線速度，按工藝情況必須維持一定的比例關(guān)系。具有這種特點的電力傳動控制系統(tǒng)，稱為多分部速度協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。
(1)各單元的速度應(yīng)能單獨調(diào)節(jié)，以滿足各分部的速度比例關(guān)系。傳動系統(tǒng)的調(diào)速比與調(diào)速精度，必須滿足工藝要求，平滑無級調(diào)速。聯(lián)合平穩(wěn)起、制動，加、減速的速率可調(diào)。
(2)當(dāng)外界擾動影響到各單元間速度協(xié)調(diào)時，控制系統(tǒng)應(yīng)具有快速恢復(fù)各分部的速度協(xié)調(diào)能力；當(dāng)某分部的速度給定值變化時，該單元的實際速度應(yīng)能盡快地跟上速度給定值的變化。
(3)染整機(jī)械聯(lián)合機(jī)應(yīng)設(shè)有“松緊架”中間緩沖裝置。
多分部速度協(xié)調(diào)系統(tǒng)實際上也是一種隨動系統(tǒng)，要求有較好的速度跟隨性。在設(shè)計該系統(tǒng)時，從選擇主回路方案和檢測裝置，到確定控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和控制器的類型及參數(shù)時應(yīng)考慮到多分部速度協(xié)調(diào)系統(tǒng)的上述特點。
速度就是單位時內(nèi)位移的增量，速度包括線速度和角速度，與其相應(yīng)的就有線速度傳感器和角速度傳感器，統(tǒng)稱速度傳感器，在與松緊架組合時，調(diào)節(jié)單元間速差。
2.1 計算機(jī)控制交流變頻速度協(xié)調(diào)系統(tǒng)
2.1.1
如圖1所示，該系統(tǒng)應(yīng)用了工業(yè)控制機(jī)技術(shù)，包括可編程控制器(PLC)、單片微機(jī)和工業(yè)計算機(jī)(IPC)，是一種以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型控制裝置。該系統(tǒng)工業(yè)控制機(jī)作為過程控制系統(tǒng)中一個組成部分的數(shù)字、模擬或混合計算機(jī)，能完成數(shù)據(jù)采集和加工處理，監(jiān)控和作出邏輯判斷，規(guī)定設(shè)定點，代替一個或多個調(diào)節(jié)器工作。工業(yè)控制機(jī)具有可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，能適應(yīng)各種惡劣工作環(huán)境，能滿足實時控制要求的特點和完善的過程通道設(shè)備。除一般計算機(jī)外部設(shè)備外，還配有專用外圍設(shè)備，如數(shù)模輸入、開關(guān)量輸入、數(shù)字量輸入、脈沖量輸入、數(shù)模輸出、開關(guān)量輸出及人機(jī)界面通信設(shè)備等，且留有聯(lián)網(wǎng)接口。
2.1.2
1-主令單元2-從動單元3- 松緊架4-電動機(jī)
5-變頻器6-控制器7-給定器8-感應(yīng)板9-傳感器
圖(2)是速度跟隨原理示意圖。該系統(tǒng)由按鈕式主令信號給定器(以下簡稱給定器)、速度跟隨控制器(以下簡稱控制器)、直聯(lián)非接觸式速差變送器(以下簡稱變送器)三者構(gòu)成。圖2中，給定器向控制器提供速度給定信號，控制器按工藝要求向變頻器輸出控制信號，變頻器向電動機(jī)提供無級變速電源，單元機(jī)運(yùn)行在主令給定的工藝布速下。從動單元機(jī)控制的給定信號是主令學(xué)元的控制信號與感應(yīng)板和傳感器組成的變送器速差反饋信號的疊加值，實現(xiàn)單元間的線速度協(xié)調(diào)跟隨傳動。
2.1.3 按鈕式主令信號給定器
傳統(tǒng)的聯(lián)合機(jī)工藝車速主令信號給定采用電位器，其缺點是操作不方便和易接觸不良。采用按鈕式主令信號給定器，其系統(tǒng)的給定，能很方便地通過按鈕操作調(diào)節(jié)速率“升速”或“降速”，且具有聯(lián)合機(jī)啟動按時間函數(shù)變化緩慢加速到“導(dǎo)布速”(工藝調(diào)整的低速)；與外圍電器組合可實施“工藝停車”、“工藝啟動”等功能。圖3是KMD系列速度跟隨控制器外部接線框圖，用兩個常開按鈕連接DOWN、UP與GND，當(dāng)設(shè)定內(nèi)部給定為輸入源時，撳動按鈕可“升速”或“降速”。DOWN、UP與GND外部連線較長時，需用屏蔽線，且加裝中間繼電器，以利抗干擾。
2.1.4 多單元傳動控制器
多單元速度協(xié)調(diào)控制中，要使各單元間無速差協(xié)調(diào)傳動，高性能的速度跟隨控制器是必不可少的。KMD控制器是以計算機(jī)為核心的全數(shù)字化控制裝置，圖4是控制原理示意圖?？刂破鞑捎脝纹瑱C(jī)，通過按鍵可對各單元機(jī)的給定信號、反饋信號輸出比例系數(shù)、反饋比例系數(shù)、反饋信號偏移量、輸入方式(電流或電壓)、內(nèi)部給定電壓值、升降速率及松緊架越位報警等各種參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，以數(shù)碼形式顯示。
控制器具有斷電自動保留設(shè)置的參數(shù)和參數(shù)密碼鎖定等功能。與傳統(tǒng)的模擬量調(diào)節(jié)控制器相比，具有功能全、操作簡便、柔性調(diào)整、運(yùn)行可靠，以及高性能價格比等優(yōu)點。KMD控制器有八單元及四單元兩種。
如圖4所示，控制器輸入的模擬反饋信號VF1~8經(jīng)多路開關(guān)采樣后，共用一個采樣/保持器(S/H)及一個A/D轉(zhuǎn)換器，經(jīng)接口饋入單片機(jī)。在輸出回路每一個控制信號通道皆設(shè)有一個D/A轉(zhuǎn)換器，使控制器的可靠性提高、速度快，即使某一路出現(xiàn)故 障，也不影響其他通路的工作?？刂破鲀?nèi)的A/D、D/ A轉(zhuǎn)換器的分辨率皆為0.1%，以適合染整設(shè)備調(diào)速精度高、工藝線速度調(diào)速比大、單元間速差小、張力低、運(yùn)行平穩(wěn)和可靠的要求。
2.1.5 直聯(lián)非接觸速差變送器
變送器是一種由高度集成化的模擬量輸出電子傳感器及感應(yīng)板組成的松緊架直聯(lián)非接觸角度傳感速差變送器。
圖5是三單元速差調(diào)節(jié)示意圖。其中，2#軋車為主令車，1#從動機(jī)經(jīng)A變送器跟隨主令布速；3#從動機(jī)經(jīng)B變送器跟隨主令布速。
V2為主令車速，作為一個常量，當(dāng)V1＜V2時，松緊架張力輥下擺，A變送器的感應(yīng)板順時針角位移，致使δ1增大，反饋信號VF1上升，使V1增速，直至V1=V2角位移停止運(yùn)動；V1＞V2時，跟隨調(diào)節(jié)過程相反。
V3＜V2時，松緊架張力輥上擺，B變送器的感應(yīng)板逆時針轉(zhuǎn)動，由于該板與1#單元的A板對比已水平旋轉(zhuǎn)了180°，故仍為VF3上升，導(dǎo)致V3上升，直到V3=V2角位移停止運(yùn)動；V3＞V2時，跟隨調(diào)節(jié)過程相反。
感應(yīng)板與傳感器間的間隙為0~10mm，輸出一個與間隙成線性關(guān)系變化的電壓量(0~5V DC)，亦可輸出電流量(4~20mA DC)。感應(yīng)板角位移量按工藝要求制訂，氣動松緊架角位移90°應(yīng)用中調(diào)整張力輥處于機(jī)械“零”位時，應(yīng)使感應(yīng)板處于電氣“零”位，即變送器輸出0~5V DC值時，將電氣“零”位經(jīng)控 制器偏移設(shè)置為+2.5V DC。因此，凡反饋輸入信號＞+2.5V為正信號，使被控單元增速；而反饋信號＜+2.5V為負(fù)信號，使被控單元減速。
該變送器結(jié)構(gòu)合理，防水、耐高溫，具有輸出線性度高、變送量平滑、抗干擾性能好。由于與松緊架張力輥轉(zhuǎn)軸無鏈條聯(lián)結(jié)，采用轉(zhuǎn)軸直聯(lián)，安裝、調(diào)試簡便，速差反應(yīng)靈敏，運(yùn)行可靠，維修少。
